전고체 배터리란?
2차전지 셀의 내부 구조는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 이루어져 있다. 분리막을 통해 양극과 음극의 접촉을 차단시키고 전해질을 통해 양극과 음극 사이에서 이온들이 전달된다. 그리고 이 과정 중에 발생하는 전기화학반응을 통해 배터리의 충전과 방전 기능을 수행한다.
현재 우리가 가장 많이 사용하고 있는 2차전지는 리튬 이온 배터리로 이온 전달 매개체인 전해질이 액체로 되어있다. 하지만, 전고체 배터리는 이러한 전해질이 고체로 되어있어 분리막의 기능을 대신한다.
전고체 배터리의 장점
높은 안전성
전고체 배터리가 각광 받고 있는 가장 큰 이유 중 하나는 바로 배터리의 안전성 때문이다. 뉴스와 신문 기사를 보면 배터리 화재와 관련된 소식을 자주 접할 수 있다. 리튬 이온 배터리의 액체 전해질은 그 상태가 불안정하여 외부 충격이나 온도 변화로 인한 배터리의 부피 팽창으로 인해 분리막이 손상될 위험이 있다. 그리고 이러한 손상으로 인해 양극 물질과 음극 물질이 접하게 되면 스파크가 발생하고 이는 곧 화재로 이어진다.
하지만, 전고체 배터리는 이러한 전해질이 고체로 되어있기 때문에 구조적으로 안정적이며, 외부 충격으로 인해 전해질이 훼손되어도 그 형태를 유지할 수 있기 때문에 양극 물질과 음극 물질이 직접적으로 만날 가능성이 현저히 낮다. 때문에, 화재로부터 높은 안전성을 가진다.
구조적으로 단단해 안정적이며, 전해질이 훼손되더라도 형태를 유지할 수 있기 때문에 더욱 안전성을 높일 수 있습니다.
높은 출력 밀도
전고체 배터리의 또 다른 장점은 높은 출력 밀도에 있다. 당연한 사실이지만, 고체는 액체에 비해 입자 사이의 간격이 좁고 균일한 구조로 배치되어 있기 때문에 그 밀도가 훨씬 높다. 따라서, 리튬 이온 배터리의 액체 전해질보다 전고체 배터리의 고체 전해질이 더 높은 밀도를 가지고 있고, 이는 전고체 배터리가 같은 부피에 비해 더 높은 출력 밀도를 지님을 의미한다.
배터리의 출력 밀도를 높이면 배터리를 좀 더 작은 크기로 제작할 수 있다. 때문에, 여러 기계 장치에 배터리를 탑재할 때 공간 활용성이 더욱 증대되고 설계의 자유도 또한 높아진다. 특히, 전고체 배터리는 주행 거리가 중요한 성능 지표로 작용하는 전기차에서 큰 역할을 발휘한다. 주행 거리를 늘리려면 배터리 용량을 늘려야 하고, 배터리 용량을 늘리기 위해서는 배터리 개수를 늘리거나 배터리의 에너지 밀도를 높여야 한다. 하지만, 단순히 배터리의 용량을 늘리는 것은 가격 상승과 공간 효율성을 저해하는 요인으로 작용하기 때문에, 높은 에너지 밀도를 가진 전고체 배터리는 앞으로 지속적으로 성장할 전기차 산업에서 지대한 역할을 발휘할 것으로 예상된다.